高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施與應(yīng)用

韓霜南

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.038

摘 要：高速公路全程監(jiān)控技術(shù)，在保證高速公路安全暢通減少和及時處理交通事故方面，發(fā)揮著積極作用。同時為高速公路的養(yǎng)護(hù)和堵截漏逃費(fèi)行為提供了較為重要的輔助手段。因此，研究全程監(jiān)控系統(tǒng)在高速公路建設(shè)中具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合邯大高速公路的建設(shè)，具體分析研究了高速公路的全程監(jiān)控系統(tǒng)，對全程監(jiān)控的系統(tǒng)構(gòu)成及功能需求做了重點(diǎn)分析，闡述了現(xiàn)代智能交通領(lǐng)域中高速公路全程監(jiān)控的特點(diǎn)和構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：高速公路 全程監(jiān)控 事件分析

中圖分類號：U49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（a）-0038-03

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路所承擔(dān)的服務(wù)任務(wù)也日益加重。為了提高道路的使用率，保證道路暢通，使高速公路路網(wǎng)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益得到更大發(fā)揮，樹立和諧社會交通系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)形象，需要高速公路管理者能在出現(xiàn)交通事故、道路堵塞、惡劣天氣等異常情況時及時掌握道路上的現(xiàn)場狀況，并實(shí)施有針對性的管理措施。保障道路暢通和交通安全已成為提高高速公路運(yùn)營服務(wù)質(zhì)量的首要任務(wù)，全程監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用可以全天候無死角地進(jìn)行監(jiān)控，及時掌握交通狀況，對高速公路交通進(jìn)行更為有效的控制。本文結(jié)合邯大高速公路機(jī)電工程建設(shè)，就全程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施與應(yīng)用做簡要的闡述。

1 項(xiàng)目概況

邯鄲至大名（冀魯界）高速公路（以下簡稱“邯大高速”）是邯鄲市“三縱兩橫一環(huán)”高速公路網(wǎng)中的重要一“橫”。本路段起于成安縣中郎堡村西，與京港澳高速邯鄲繞城東南環(huán)相接，路線向東南沿省道邯大線走向，經(jīng)北魚口村跨縣道曹前線后轉(zhuǎn)向東，經(jīng)成安縣城南、團(tuán)城、北甘羅、蔡莊、南曲高，在棘針寨村南跨省道定魏線，經(jīng)魏縣縣城北、王村集路線轉(zhuǎn)向東南，經(jīng)西店在北馬頭村北與大廣高速相交，跨越漳河行洪區(qū)及省道臨大線后路線轉(zhuǎn)向東，在大名府古城遺址規(guī)劃區(qū)北部繞過后在金灘鎮(zhèn)南連續(xù)跨越衛(wèi)河行洪區(qū)和國道106線，在北沙窩廟村南進(jìn)入山東省境內(nèi)，與山東規(guī)劃的青蘭高速相接，采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計車速120km/h，路線全長72.55km。本項(xiàng)目全線共設(shè)置匝道收費(fèi)站6處，與山東交界處設(shè)置1處主線收費(fèi)站，服務(wù)區(qū)2處，養(yǎng)護(hù)工區(qū)1處。

2 全程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

本項(xiàng)目交通全程監(jiān)控系統(tǒng)由計算機(jī)子系統(tǒng)、交通監(jiān)控子系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)、交通事件檢測子系統(tǒng)等組成。

（1）計算機(jī)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是交通監(jiān)控系統(tǒng)的中樞指揮系統(tǒng)，按程序自動進(jìn)行外場交通信息的采集、分析、處理、存儲及打印。

（2）交通監(jiān)控子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)包括交通信息采集、交通參數(shù)檢測、交通控制與誘導(dǎo)等3部分。

（3）閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)由路段監(jiān)控中心視頻監(jiān)控設(shè)備（視頻服務(wù)器、視頻編解碼器、工作站等）、顯示設(shè)備、圖像傳輸設(shè)備和外場攝像機(jī)等部分組成。

（4）交通事件檢測子系統(tǒng)。本項(xiàng)目全程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置一套完整的事件自動檢測子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)由事件檢測分析儀、事件檢測服務(wù)器、事件檢測工作站、以太網(wǎng)交換機(jī)及全套檢測軟件和管理軟件組成。

3 閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

閉路電視監(jiān)視子系統(tǒng)主要由外場攝像機(jī)、閉路電視控制設(shè)備、圖像存儲和顯示設(shè)備、傳輸設(shè)備以及傳輸通道等組成。在沿線約按每2km設(shè)置2套攝像機(jī)，1套遙控攝像機(jī)+1套固定攝像機(jī)。在漳河、小引河、衛(wèi)河特大橋橋下，共設(shè)置安保攝像機(jī)28臺。廣平、大名服務(wù)區(qū)廠區(qū)各設(shè)置8臺彩色遙控攝像機(jī)，一臺視頻管理工作站及磁盤存儲陣列，用于監(jiān)視服務(wù)區(qū)及路段環(huán)網(wǎng)視頻的實(shí)時狀況。

（1）外場攝像機(jī)立柱上配置2臺攝像機(jī)，其鏡頭分別對著主干道上下行方向，一臺為固定式攝像機(jī)可進(jìn)行交通事件的檢測和交通參數(shù)的測量；另一臺可轉(zhuǎn)動，檢測交通事件并在發(fā)生事故時在該斷面實(shí)施對事故現(xiàn)場跟蹤監(jiān)視。

（2）圖像顯示及控制。在主監(jiān)視器上或在顯示屏上能顯示單播、組播的圖像，能輪巡不同組合的圖像。軟矩陣具有對任一攝像機(jī)的鏡頭、光圈及云臺的控制的功能。

（3）交通控制。依據(jù)上傳的交通參數(shù)的處理和判斷、對交通事件報警、對采集到的氣象信息將生成不同的控制方案，下達(dá)道路信息指令、誘導(dǎo)交通、減緩和消除交通堵塞，在發(fā)生事故時為及時緊急實(shí)施救援、減少損失贏得時間。

（4）交通狀況的監(jiān)視。監(jiān)控軟件生成的模擬地圖上將顯示本路外場設(shè)備的樁號、工作狀態(tài)，顯示外場設(shè)備測量的實(shí)時參數(shù)及各路段的運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）路監(jiān)控中心可對遙控攝像機(jī)進(jìn)行控制，控制包括搖攝、仰俯攝、變焦距、聚焦等。可選擇任意一路視頻輸入到任一臺監(jiān)視器上顯示，對所有的遙控攝像機(jī)圖像進(jìn)行錄像。系統(tǒng)具有編程功能，可將攝像機(jī)和監(jiān)視器分組切換，輪巡顯示。

（2）將本地視頻信號上傳到省監(jiān)控中心。在省中心的指令下可任意切換兩路圖像信號，以原始的數(shù)據(jù)編碼形式上傳，通過通信系統(tǒng)的以太網(wǎng)板將本地的圖像信號上傳到省中心，在省中心將以相應(yīng)的設(shè)備接收圖像信號并解碼后顯示。

（3）正常運(yùn)行時，來自外場編碼設(shè)備的圖像信息經(jīng)H.264壓縮編碼后進(jìn)入路中心的軟矩陣，本地解碼設(shè)備的視頻輸出端（已解碼）分別接入大屏幕拼接屏，在視頻工作站軟件的控制下對主干線上傳的圖像進(jìn)行輪巡顯示，如圖1所示。

（4）通過軟件具備將本路監(jiān)控視頻信息發(fā)布在公網(wǎng)上，使得出行者、管理者可隨時隨地及時方便的了解本路的交通運(yùn)行狀況。

在路監(jiān)控中心，設(shè)置數(shù)字視頻本地接入設(shè)備，負(fù)責(zé)對外場上傳的視頻信號進(jìn)行解碼、切換控制和輸出、進(jìn)行大屏監(jiān)視。

3.3 視頻圖像網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

為便利各級領(lǐng)導(dǎo)對高速公路交通營運(yùn)的檢查和指導(dǎo)，使領(lǐng)導(dǎo)在遠(yuǎn)離機(jī)房，在有公網(wǎng)的地方都能清晰地觀察本路交通運(yùn)行情況，特配置了網(wǎng)絡(luò)發(fā)布系統(tǒng)。endprint

（1）網(wǎng)上發(fā)布目標(biāo)。

高速公路監(jiān)控圖像發(fā)布系統(tǒng)包括局域網(wǎng)發(fā)布、廣域網(wǎng)發(fā)布兩個部分內(nèi)容。局域網(wǎng)發(fā)布也稱為“內(nèi)網(wǎng)發(fā)布”，監(jiān)控圖像只對專網(wǎng)內(nèi)用戶開放，通過辦公自動化網(wǎng)絡(luò)訪問；廣域網(wǎng)發(fā)布是將高速公路監(jiān)控視頻發(fā)布到公眾互聯(lián)網(wǎng)上。監(jiān)控圖像發(fā)布系統(tǒng)充分滿足遠(yuǎn)程指揮調(diào)度對高速公路運(yùn)行信息及時傳遞的需要，也可為公眾用戶出行提供信息幫助。

（2）系統(tǒng)設(shè)計和信號傳輸過程。

數(shù)字視頻發(fā)布系統(tǒng)在外場對視頻信號進(jìn)行數(shù)字化后，向監(jiān)控路中心傳送監(jiān)控圖像，在路中心通過流媒體服務(wù)器（MS）與視頻管理服務(wù)器（PL）將監(jiān)控圖像向內(nèi)部辦公網(wǎng)、公眾互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行發(fā)布，同時進(jìn)行存儲，使管理者既能觀看監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時圖像，又能觀看歷史圖像回放。

（3）視頻發(fā)布。

收費(fèi)站與外場圖像均通過光傳輸系統(tǒng)傳至路中心。在路中心管理處設(shè)置存儲器用于存儲發(fā)布系統(tǒng)歷史圖像；在路中心管理處設(shè)置流媒體發(fā)布服務(wù)器（MS）與視頻管理服務(wù)器將收費(fèi)站廣場圖像和外場圖像向內(nèi)部辦公網(wǎng)、公眾互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)。路中心管理處與公網(wǎng)之間的連接及IP地址由業(yè)主提供。

發(fā)布系統(tǒng)主要由視頻管理服務(wù)器和MS組成，可實(shí)現(xiàn)對OA辦公網(wǎng)、公眾互聯(lián)網(wǎng)的視頻發(fā)布功能。軟件采用模塊式設(shè)計結(jié)構(gòu)，主要由平臺管理模塊、調(diào)度管理模塊、控制管理模塊、報警管理模塊、客戶端接入模塊、錄像管理模塊和流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)模塊等幾個主要的服務(wù)模塊組成。該系統(tǒng)管理軟件的模塊式結(jié)構(gòu)使其具有較強(qiáng)的分布式服務(wù)管理功能，各個服務(wù)模塊軟件可以任意組合安裝，各個功能模塊獨(dú)立運(yùn)行，系統(tǒng)功能不受影響。

流媒體服務(wù)器中與OA辦公網(wǎng)相連的Web服務(wù)子模塊在偵聽到OA辦公網(wǎng)用戶查詢實(shí)時監(jiān)控視頻的HTTP請求后，通過與網(wǎng)管平臺的指令交互，第一時間申請到與該視頻相關(guān)的低速編碼設(shè)備信息，申請成功后，再通過流媒體服務(wù)器將該路視頻流TCP單播的方式發(fā)送到申請端，保證該視頻流不會受到廣域網(wǎng)上多級路由的影響。

反向控制實(shí)時視頻的技術(shù)實(shí)現(xiàn)：對于向OA辦公網(wǎng)或公網(wǎng)的公眾開放反向控制的需求，流媒體服務(wù)器的Web子模塊將接收到的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)管平臺，由網(wǎng)管平臺直接跟前端編碼通信，完成對云臺的控制操作，根據(jù)相關(guān)控制協(xié)議發(fā)送相應(yīng)的類型的控制信令至對應(yīng)的前端的編碼設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)對前端云臺的直接控制。

多用戶轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)：對于OA辦公網(wǎng)或公網(wǎng)上多個用戶同時查看同一路實(shí)時視頻或錄像文件的情況，流/錄像采集服務(wù)子模塊在接收到第一個用戶的查詢請求時執(zhí)行對專網(wǎng)視頻流/錄像文件的申請，對于后面的查詢用戶只需讓視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)子模塊增加一路對OA辦公網(wǎng)或公網(wǎng)查詢用戶的流轉(zhuǎn)發(fā)即可。系統(tǒng)管理員可以根據(jù)OA辦公網(wǎng)或公網(wǎng)接入的帶寬的不同，指定流轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)子模塊轉(zhuǎn)發(fā)到OA辦公網(wǎng)或公網(wǎng)上的發(fā)布視頻流的最大網(wǎng)絡(luò)帶寬，也可以自定義流轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)子模塊可同時轉(zhuǎn)發(fā)的視頻流的數(shù)量，即指定OA辦公網(wǎng)或公網(wǎng)上在線查詢實(shí)時流和錄像文件的最大用戶數(shù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)安全。

監(jiān)控視頻在公網(wǎng)的發(fā)布，公網(wǎng)用戶的訪問，都增加了內(nèi)部專網(wǎng)安全性的風(fēng)險，因此，在公網(wǎng)上配置一套視頻管理服務(wù)器和流媒體發(fā)布服務(wù)器，當(dāng)公網(wǎng)授權(quán)用戶發(fā)起視頻調(diào)用請求時，與公網(wǎng)視頻管理服務(wù)器進(jìn)行協(xié)商，公網(wǎng)視頻管理服務(wù)器與專網(wǎng)視頻管理服務(wù)器進(jìn)行協(xié)商，專網(wǎng)視頻管理服務(wù)器與專網(wǎng)流媒體發(fā)布服務(wù)器進(jìn)行協(xié)商，專網(wǎng)流媒體發(fā)布服務(wù)器將調(diào)用視頻流轉(zhuǎn)發(fā)給公網(wǎng)流媒體發(fā)布服務(wù)器，完成視頻的發(fā)布。在內(nèi)網(wǎng)與公網(wǎng)之間配置企業(yè)級防火墻，能阻斷病毒的入侵靈活擴(kuò)展病毒防范、網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)2～7層的全面安全，為用戶提供安全防護(hù)、安全遠(yuǎn)程接入等功能。專網(wǎng)與公網(wǎng)從硬件到業(yè)務(wù)的隔離，保證了專網(wǎng)的可靠性和安全性。

4 交通事件自動檢測系統(tǒng)

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

交通事件自動檢測系統(tǒng)由視頻事件分析儀、事件檢測管理服務(wù)器以及全套檢測軟件和管理軟件，外場監(jiān)控攝像機(jī)及相關(guān)的傳輸設(shè)備構(gòu)成。利用沿線布設(shè)的監(jiān)控攝像機(jī)采集的視頻圖像作為信號輸入，通過對視頻圖像的處理分析，在圖像的覆蓋范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行道路交通參數(shù)、各種交通事件和事故的自動檢測，并且系統(tǒng)能夠自動報警和錄像存儲，為道路的交通安全管理和道路運(yùn)營提供極大的幫助。

對全線攝像機(jī)的視頻信號進(jìn)行交通事件事故檢測，以實(shí)現(xiàn)對道路的智能化監(jiān)控。所有攝像機(jī)圖像信號傳輸?shù)奖O(jiān)控中心后，無需進(jìn)行解壓直接送入到視頻事件檢測系統(tǒng)中去進(jìn)行視頻事件自動檢測，每臺交通視頻事件分析儀能夠同時處理8路視頻信號。

視頻事件分析儀由計算機(jī)單元、圖像處理軟件、視頻解碼單元、視頻信號數(shù)字化系統(tǒng)以及通信卡和相關(guān)的分析軟件構(gòu)成等構(gòu)成。視頻事件分析儀設(shè)在監(jiān)控分中心，高清固定攝像機(jī)的圖像經(jīng)分配后接入視頻事件分析儀，視頻事件分析儀通過10/100/1000M以太網(wǎng)接口接入監(jiān)控分中心的監(jiān)控以太網(wǎng)交換機(jī)，通過以太網(wǎng)與同設(shè)在監(jiān)控分中心的交通事件管理工作站實(shí)現(xiàn)通信。

4.2 系統(tǒng)功能

（1）交通事件檢測功能。系統(tǒng)可對道路上發(fā)生的異常交通事故進(jìn)行自動檢測，包括車輛停駛、車輛慢行、車輛逆行、交通擁堵、行人穿越、遺棄物品、車輛駛出道路、路面突發(fā)異常、火災(zāi)等。

（2）報警功能。交通事件檢測報警，當(dāng)檢測到交通事件時，系統(tǒng)能夠自動報警，并可對報警進(jìn)行類型劃分和優(yōu)先級控制。

（3）錄像功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到交通事件時，可對事件過程進(jìn)行自動記錄和存儲。系統(tǒng)至少提供事件發(fā)生前后各2min的視頻錄像，通過錄像可對事故進(jìn)行再現(xiàn)，以備后查。

5 結(jié)語

高速公路全程監(jiān)控系統(tǒng)是一種提高路網(wǎng)交通安全水平、改善通行能力和提升交通服務(wù)品質(zhì)的有效技術(shù)手段，可以實(shí)時、直觀地展現(xiàn)高速公路現(xiàn)場的情況，管理者能夠及時掌握公路交通動態(tài)和道路運(yùn)營狀況，快速發(fā)現(xiàn)交通異常事件，從而迅速實(shí)施交通疏導(dǎo)和救援措施。智能交通的快速發(fā)展能夠?yàn)槭褂谜咛峁┌踩⑹孢m、快捷、高效的交通服務(wù)，為管理者提高應(yīng)急處理能力和服務(wù)水平提供更多詳實(shí)的現(xiàn)場信息，為社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更多的貢獻(xiàn)。

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